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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題7.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護講案（含解析） 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、 了解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 2、 理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。 基礎(chǔ)知識回顧： 一、電解池原理 1、定義 使電流通過 電解質(zhì)溶液 而在陰陽兩極上引起 氧化還原反應(yīng)的過程。 2、電解池 把 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 的裝置(電解槽)。 3、裝置特點 借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置。 4、電解池的形成條件 （1）與電源相連的兩個電極：陽極連電源的 正 極；陰極連電源的 負 極。 （2）電解質(zhì)溶液(或 熔融 的電解質(zhì))。 （3）形成 閉合的回路。 5、電極反應(yīng)：陽極上發(fā)生 失 電子的氧化反應(yīng)，陰極上發(fā)生 得 電子的還原反應(yīng)。電子的流向從電源的 負 極到電解池的 陰 極，再從電解池的 陽 極到電源的 正 極。 ★☆電解池和原電池比較 電解池 原電池 定義 將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 裝置舉例 形成條件 ①兩個電極與直流電源相連 ②電解質(zhì)溶液 ③形成閉合回路 ①活潑性不同的兩電極(連接) ②電解質(zhì)溶液 ③形成閉合回路 ④能自發(fā)進行氧化還原反應(yīng) 電極名稱 陽極：與電源正極相連的極 陰極：與電源負極相連的極 負極：較活潑金屬(電子流出的極) 正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)(電子流入的極) 電極反應(yīng) 陽極：溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 陰極：溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng) 負極：較活潑電極金屬或陰離子失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：溶液中的陽離子或氧氣得電子，發(fā)生還原反應(yīng) 溶液中的離子移向 陰離子移向陽極，陽離子移向陰極 陰離子移向負極，陽離子移向正極 電子流向 陽極正極→負極陰極 負極正極 實質(zhì) 均發(fā)生氧化還原反應(yīng)，兩電極得失電子數(shù)相等 聯(lián)系 原電池可以作為電解池的電源，二者共同形成閉合回路 6、電解產(chǎn)物的判斷 （1）陽極產(chǎn)物的判斷 首先看電極，若是活性電極(一般是除Au、Pt外的金屬)，則電極材料本身失電子，電極被溶解形成陽離子進入溶液；若是惰性電極(如石墨、鉑、金等)，則根據(jù)溶液中陰離子放電順序加以判斷。 陽極放電順序： 金屬(一般是除Au、Pt外)>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。 （2）陰極產(chǎn)物的判斷 直接根據(jù)溶液中陽離子放電順序加以判斷。陽離子放電順序： Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 【提示】（1）處理有關(guān)電解池兩極產(chǎn)物的問題，一定要先看電極是活性電極還是惰性電極?；钚噪姌O在陽極放電，電極溶解生成相應(yīng)的金屬離子，此時陰離子在陽極不放電。對于惰性電極，則只需比較溶液中定向移動到兩極的陰陽離子的放電順序即可。 （2）根據(jù)陽離子放電順序判斷陰極產(chǎn)物時，要注意下列三點： ①陽離子放電順序表中前一個c(H＋)與其他離子的濃度相近，后一個c(H＋)很小，來自水的電離； ②Fe3＋得電子能力大于Cu2＋，但第一階段只能被還原到Fe2＋； ③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定條件(即電鍍)時也能在水溶液中放電；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電。 【典型例題1】【廣東省珠海一中等六校xx屆高三第三次聯(lián)考】下列有關(guān)用惰性電極電解AgNO3溶液的說法不正確的是： A．電解過程中陰極質(zhì)量不斷增大 B．電解過程中陽極附近的pH不斷降低 C．電解一段時間后，向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀況 D．電解過程中，溶液中電子由陰極遷向陽極 【遷移訓(xùn)練1】【廣東省深圳中學(xué)xx年高考化學(xué)預(yù)測試題（二）】下列各裝置中，在銅電極上不能產(chǎn)生氣 泡的是 二．電解的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿(氯堿工業(yè)) （1）氯堿工業(yè)的主要原料是食鹽，由于粗鹽中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、SO42－等雜質(zhì)離子，對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，故必須進行精制。 ①化學(xué)方法 a：依次加入沉淀劑BaCl2、Na2CO3、NaOH溶液，每次所加試劑都必須稍稍過量以便使相應(yīng)離子完全沉淀。 b．過濾。 c．濾液中加鹽酸：調(diào)節(jié)溶液pH值為4～6，CO32－＋2H＋=CO2↑＋H2O。 ②離子交換法：對于上述處理后的溶液，需送入離子交換塔，進一步通過陽離子( Na＋)交換樹脂除去殘存的Ca2＋、Mg2＋，以達到技術(shù)要求。 （2）精制的飽和食鹽水中存在著Na+、Cl-、H+、OH-四種離子，用石墨作電極，通電時H+ 和Cl-優(yōu)先放電，電極反應(yīng)式為 陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑， 陰極：2H＋＋2e－=H2↑ 總反應(yīng)：2NaCl＋2H2O = 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 2、電鍍 （1）概念：電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他 金屬 或 合金 的過程。 （2）形成條件：①電解時，鍍層金屬作 陽極；②鍍件作 陰極；③含 鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液；④用 直流電源。 （3）特征：①陽極本身 放電被氧化 ；②宏觀上看無新物質(zhì)生成；③電解液的總量、濃度、pH均不變。 3、電冶煉 電解熔融電解質(zhì)，可煉得活潑金屬。如：電解熔融NaCl時， 電極反應(yīng)式為：陽極：2Cl－－2e=Cl2↑ ， 陰極：2Na＋＋2e－=2Na ， 總反應(yīng)式為：2NaCl = 2Na＋Cl2↑ 。 4、電解精煉 電解精煉粗銅時，陽極材料是——粗銅，陰極材料是——精銅，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液(或 Cu(NO3)2溶液)。長時間電解后，電解質(zhì)溶液必須補充。 【典型例題2】下列有關(guān)電化學(xué)裝置完全正確的是 (　　) A B C D 銅的精煉 鐵上鍍銀 防止Fe被腐蝕 構(gòu)成銅鋅原電池 【遷移訓(xùn)練2】【xx屆高三七校5月聯(lián)考理綜化學(xué)試題】右圖是模擬電化學(xué)反應(yīng)裝置圖。下列說法中錯誤 的是 A．若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，可以減緩鐵的腐蝕 B．若X為鋅，開關(guān)K置于N處，則X極附近溶液的顏色會變黃色 C．若X為碳棒，開關(guān)K置于M處，則X電極的電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ D．若X為鋅，開關(guān)K置于M處，保護鐵電極，則為犧牲陽極的陰極保護法 三、金屬的腐蝕與防護 1、金屬腐蝕的本質(zhì) 金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 2、金屬腐蝕的類型 （1）化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕 類型 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍 （2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕 以鋼鐵的腐蝕為例進行分析： 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 電極反應(yīng) 負極 Fe－2e－===Fe2＋ 正極 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 總反應(yīng)式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 聯(lián)系 吸氧腐蝕更普遍 　　　　　　　　　　　　　　　　　 鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。 3、金屬的防護 （1）電化學(xué)防護 ①犧牲陽極的陰極保護法—原電池原理 a．負極：比被保護金屬活潑的金屬； b．正極：被保護的金屬設(shè)備。 ②外加電流的陰極保護法—電解原理 a．陰極：被保護的金屬設(shè)備； b．陽極：惰性金屬。 （2）改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。 （3）加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。 【典型例題3】如圖裝置中，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH＝4久置的雨水和生鐵片。實驗時觀察到：開始時導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升，略高于小試管內(nèi)液面。下列說法正確的是(　　) A．生鐵片中的碳是原電池的陽極，發(fā)生還原反應(yīng) B．雨水酸性較強，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C．墨水回升時，碳電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支試管中溶液pH逐漸減小 【遷移訓(xùn)練3】【甘肅省武威市第六中學(xué)xx屆高三上學(xué)期第五次月考】下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法正確的是 A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重 B．圖b中，開關(guān)由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關(guān)時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，Zn-MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 考點詳析： 考點一：電解電極反應(yīng)方程式的書寫 1、電解方程式的書寫步驟 以寫出用石墨作電極電解CuSO4溶液的電極反應(yīng)式及總的電解方程式為例。 第一步：明確溶液中存在哪些離子。陽離子：Cu2＋、H＋；陰離子：OH－、SO。 第二步：判斷陰陽兩極附近離子種類及離子放電順序。陰極：Cu2＋>H＋；陽極：OH－>SO。 第三步：寫電極反應(yīng)式和總的電解方程式。陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu；陽極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。 根據(jù)得失電子數(shù)相等，兩極反應(yīng)式相加得總方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 2、規(guī)避電解池中方程式書寫的3個易失分點 （1）書寫電解池中電極反應(yīng)式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。 （2）要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。 （3）電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。 【典型例題4】Ⅰ．以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 Ⅱ．用Al單質(zhì)作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應(yīng)式：__________________。 【遷移訓(xùn)練4】【安徽第一卷xx第二次聯(lián)考】下圖為某化工廠用石墨電解Na2CrO4溶液制備Na2Cr2O7的 模擬裝置，下列有關(guān)說法錯誤的是( ) A．溶液中OH-由陰極區(qū)流向陽極區(qū) B．陽極區(qū)產(chǎn)生的氣體與陰極區(qū)產(chǎn)生的氣體在相同狀況 下體積之比為1：2 C．陽極的電極反應(yīng)式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7的離子方程式為：2CrO+2H+= Cr2O+H2O 考點二：電解規(guī)律 ★☆用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律 電解類型 電解質(zhì)類別 實例 電極反應(yīng)特點 電解對象 電解質(zhì)濃度 pH 電解質(zhì)溶液復(fù)原 電解 水型 強堿、含氧酸、活潑金屬的含氧酸鹽 NaOH H＋和OH－分別在陰極和陽極放電生成H2和O2 水 增大 增大 水 H2SO4 減小 水 Na2SO4 不變 水 電解電解質(zhì)型 無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽 HCl 電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電 電解質(zhì) 減小 增大 HCl CuCl2 CuCl2 放H2生堿型 活潑金屬的無氧酸鹽 NaCl 陰極：H2O得電子放H2生成堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電 電解質(zhì) 和水 生成新電解質(zhì) 增大 HCl 放O2生酸型 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4 陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O失電子放O2生成酸 電解質(zhì) 和水 生成新電解質(zhì) 減小 CuO或 CuCO3 【特別提醒】 ①當(dāng)電解過程中電解的是水和電解質(zhì)時，電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的是H＋或OH－放電，但在書寫總反應(yīng)式時要將反應(yīng)物中的H＋或OH－均換成水，在生成物中出現(xiàn)的是堿或酸，同時使陰極、陽極反應(yīng)式得失電子數(shù)目相同，將兩個電極反應(yīng)式相加，即得到總反應(yīng)的化學(xué)方程式。②兩惰性電極電解時，若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。 【典型例題5】用石墨做電極電解1 mol/L CuSO4溶液，當(dāng)c(Cu2＋)為0.5 mol/L時，停止電解，向剩余溶液中加入下列何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來的狀態(tài)(　　) A．CuSO4 B．CuO C．Cu(OH)2 D．CuSO45H2O 【答案】B 【遷移訓(xùn)練5】【浙江省湖州市xx年度高三二?？荚嚲怼坑枚栊噪姌O電解一定量的硫酸銅溶液，實驗裝置 如圖1所示。電解過程中的實驗數(shù)據(jù)如圖2所示，橫坐標(biāo)表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)表 示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積（標(biāo)況）。則下列說法中正確的是 A．電解過程中，b電極表面先有紅色物質(zhì)析出，然后才有氣泡產(chǎn)生 B．從開始到Q點時收集到的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為17 C．曲線OP 段表示H2和O2混合氣體的體積變化，曲線PQ段表示O2的體積變化 D．a(chǎn)電極上發(fā)生反應(yīng)的方程式為：2H+ + 2e- = H2↑和4OH-–4 e-=2H2O+ O2↑ 考點三：電化學(xué)定量計算 1、計算類型 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。 2、方法技巧 （1）根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 （2）根據(jù)總反應(yīng)式計算 先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。 （3）根據(jù)關(guān)系式計算 根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式： (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。 【提示】在電化學(xué)計算中，還常利用Q＝It和Q＝n(e－)NA1.6010－19C來計算電路中通過的電量。 【典型例題6】兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時，(設(shè) 電解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)電極上析出銀的質(zhì)量最大為 (　　) A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg 【遷移訓(xùn)練6】【廣東省汕頭市xx屆高三上學(xué)期教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控（期末）】（15分） （1）在298K時，1molCH4在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，放出熱量890.0 kJ。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 。現(xiàn)有CH4和CO的混合氣體0.75mol，完全燃燒后，生成CO2氣體和18克液態(tài)水，并放出515kJ熱量，則CH4和CO的物質(zhì)的量分別為 、 mol. （2）利用該反應(yīng)設(shè)計一個燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液，多孔石墨做電極，在電極上分別通入甲烷和氧氣。通入甲烷氣體的電極應(yīng)為 極（填寫“正”或“負”），該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 （填字母代號）。 a. CH4—e- + 2O2 == CO2 + 2H2O b. CH4—8e- + 10OH- == CO32- + 7H2O c. O2 + 2H2O + 4 e- == 4OH- d. O2—4 e- + 4H+ == 2H2O （3）在右圖所示實驗裝置中，石墨棒上的電極反應(yīng)式 為 ；如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液（25℃，CuSO4足量），一段時間后溶液的pH變?yōu)?，此時可觀察到的現(xiàn)象是 ；若要使溶液恢復(fù)到起始濃度（溫度不變，忽略溶液體積的變化），可向溶液中加入 （填物質(zhì)名稱），其質(zhì)量約為 。